diseÑo de pavimentos asfalticos para vias de bajo volumen de trÁfico

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  • 8/18/2019 DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS PARA VIAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁFICO.

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    DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFALTICOSPARA VIAS DE BAJO VOLUMEN DETRÁFICO.

    qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdf ghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjkl

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    DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS PARA VIAS DEBAJO VOLUMEN DE TRÁFICO.

    INTRODUCCIÓN:

    El presente trabajo contiene la metodología desarrollada para el dise oestructuralde pavimentos asf!lticos para vías de bajo volumen de tr!"co y#o aplicaci$nlimitada de cargas en el periodo de dise o% El procedimiento ha sidodesarrollado para vías en las que se esperen menos de 2 millones derepeticiones de ejes equivalentes &EE'% Esta demanda depende de variosfactores como( n)mero de camiones* tipo de cargas* periodo de dise o* etc%

    Este aspecto ser! tratado mas adelante% En todo caso como valoresreferenciales* para las características actuales de tr!"co en +enezuela*clasi"carían como vías extraurbanas de bajo volumen* aquellas con menosde ,-- vpd y#o 2-- camiones por día por sentido% En el caso de las calles yavenidas urbanas* debido a la baja incidencia de vehículos de carga*pudieran clasi"car como de bajo volumen vías hasta con

    .2%. vpd%

    El procedimiento fue desarrollado bajo el concepto del m/todo 001 4563tomando en cuenta características particulares de +enezuela% En este sentidose consideran las características de tr!"co y cargas* condiciones clim!ticas*

    materiales y otros aspectos de dise o aplicables en el país% 7a metodologíasimpli"ca considerablemente el proceso de dise o* sin disminuir lacon"abilidad del m/todo* por lo que es de utilidad para el dise o en vías debajo tr!"co* problema que usualmente deben enfrentar los profesionales yconstructores de pavimentos%

    7os pavimentos asf!lticos* o 8exibles como se les llama* ofrecen importantesventajas en especial para vías de bajo volumen* entre estas(

    • ienen un menor costo inicial%• 9ermiten la construcci$n por etapas%• :!ciles de mantener y rehabilitar%• 1on reciclables%

    En forma ilustrativa a continuaci$n se presenta una breve discusi$n delprocedimiento o Guía de Diseño AASHTO-93 y de las variables que /staconsidera%

    Este procedimiento es posiblemente el modelo de dise o m!s empleado* anivel mundial* para dise o y rehabilitaci$n de pavimentos% Est! basado enlos resultados del ensayo vial 001 4 desarrollado en ;llinois a "nes de los

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    9ar!metros de dise o(

    >on"abilidad estadística

    ?educci$n deserviceabilidad

    @)mero estructural &1@'&>apacidad estructural'

    +alor soporte de suelo&subrasante5fundaci$n'

    ?epeticiones de carga&ejes equivalentes EE seg)n el modelo'

    :igura .( Ecuaci$n de dise o 001 4563

    A

    El m/todo considera las siguientes variables de dise o(

    • >aracterísticas de la subrasante o fundaci$n%• ?epeticiones de cargas%• @ivel de falla o comportamiento del pavimento%• >on"abilidad estadística%• Estructura de pavimento y materiales disponibles%

    7a "gura . muestra la ecuaci$n de dise o 001 4563 para pavimentos8exibles% Esta versi$n del m/todo contiene modi"caciones para incorporaralgunas variables en forma m!s racional así como para su uso en Sistemasde Gerencia de Pavimentos %

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    :ig 2( >urva de deterioro del pavimento(;lustraci$n de B91;

    9>;91;

    .-- 9o

    B91; C 9o 5 9f

    9>;f9f @ivel de falla

    n 0 osEE

    n( 9eriodo de dise o en a os

    7as distintas variables de dise o se presentan a continuaci$n* seguidamentese presenta una discusi$n de c$mo estas variables son consideradas 5enforma simpli"cada5 en el procedimiento para vías de bajo volumen%

    >aracterísticas de la subrasante o fundaci$n(El valor soporte de la subrasante o fundaci$n del pavimento debecaracterizarse en t/rminos de D$dulo ?esilente &Dr' ponderado5 en funci$nde las condiciones de humedad a que estaría sometido el suelo a lo largo dela o* ya que esta condici$n afecta su valor soporte* en especial en suelos"nos arcillosos%

    ?epeticiones de cargas%7a demanda o cargas sobre el sistema se estiman en funci$n del n)mero derepeticiones de Ejes Equivalentes &EE' a .,%--- lbs* esperadas durante el

    periodo de dise o%

    @ivel de falla o comportamiento del pavimento%Esta variable considera el nivel de calidad de rodaje & serviceabilidad)considerado como nivel de falla funcional del pavimento% Este concepto seilustra en la "gura 2%

    >on"abilidad estadística%El m/todo usa un procedimiento estadístico que permite incluir un factor deseguridad que corrige el dise o en funci$n del nivel de con"abilidad deseado%

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    Es importante destacar que la determinaci$n del valor soporte de lasubrasante

    y la estimaci$n del tr!"co o repeticiones de carga esperadosson las variables mas importantes y signi"cativas en el proceso dedise o%

    Estructura de 9avimento y materiales disponibles%7a estructura requerida del pavimento* o @umero Estructural &1@'* debeconformarse en funci$n de los materiales disponibles en la zona para suconstrucci$n* estos deben caracterizarse en t/rminos de su coe cienteestructural &ai'* el cual es un indicador de su resistencia o propiedadesmec!nicas% Este aspecto ser! discutido mas adelante%

    PROCEDIMIENTO PROPUESTO

    1e presentan a continuaci$n los criterios considerados en el desarrollo deesta propuesta* lo que incluye una breve discusi$n de los razonamientosempleados para caracterizar en forma sencilla5 las diferentes variablesrequeridas por el m/todo 001 4563%

    >aracterísticas de la subrasante o fundaci$n%El valor soporte del suelo es fundamental para el correcto dise o del

    pavimento% En +enezuela los suelos de subrasante son en su mayoríasuelos "nos de bajo valor soporte* generalmente caracterizados por su valor>F?* el cual varía en funci$n del contenido de humedad del suelo y nivel decompactaci$n%

    9ara caracterizar esta variable se clasi"ca el valor soporte en <categorías( !u" #obre $!P)% Pobre $P)% &e'ular $&)% (ueno $() " !u" (ueno $!() que se corresponden con los valores de >F? sat &saturado'indicados en la abla .%

    Tabla 1: Clasifi a i!" #$ s%b&asa"'$Cali#a# #$ s%b&asa"'$ CBR sa' ()*M%+ ,-b&$P-b&$ /R$0%la& B%$"a 2M%+ B%$"a 3

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    0dicionalmente se consideran < condiciones clim!ticas* en funci$n del

    n)mero de meses que la subrasante estaría sometida a niveles cercanos asaturaci$n* como se indica a continuaci$n* en la abla 2(

    4-"a li56'i a- -"#i i!"#$

    N75$&- #$ 5$s$s#$

    subrasante sa'%&a#a.

    S$5i8s$ a

    S$5i8975$#a975$#a 3M%+ ;75$#a 1< abla 2( >ondici$n de saturaci$n de la subrasante

    Bebe considerarse que la probabilidad de saturaci$n de la subrasante no ess$lo funci$n de la pluviosidad* ya que igualmente depende de la topografía orelieve del terreno* del drenaje construido y del con"namiento de la vía% 9orejemplo( una vía con un sistema de drenaje de"ciente construida en una

    zona plana de baja pluviosidad puede tener mayor probabilidad desaturaci$n* que una con e"ciente sistema de drenaje o en una zonamonta osa de alta pluviosidad%

    En funci$n de estos valores se determinaron valores de >F? pon &ponderado'considerando los distintos >F? sat y los meses en que esta condici$n semantiene para las distintas zonas o condiciones de drenaje% :inalmente*estos valores se convirtieron en Dr tal como lo requiere el m/todo 001 45empleando la ecuaci$n de correlaci$n de la Guía de 0n!lisis Decanística5Empírica &DE9BG' 2--2% 9ara esta estimaci$n se emple$* para el periodo nosaturado* un valor >F? de .%< veces el >F? sat * lo que es una hip$tesisrelativamente conservadora%

    9ara el empleo del procedimiento de dise o* el proyectista s$lo debedeterminar o estimar el valor de >F? sat del suelo de subrasante y el numerode meses en que probablemente se encuentre en niveles de humedadcercanos a saturaci$n% En algunas vías menores el valor >F? puedeestimarse conociendo la clasi"caci$n ?F o uni"cada del suelo o medianteotras correlaciones existentes% 7a abla 3 muestra correlaciones declasi"caci$n de suelos y algunos par!metros con >F?% Esta abla tambi/n seincluye en el 0nexo 0%

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    ?epeticiones de cargas%

    abla 3>orrelaciones aproximadasde valor >F? de suelosclasi"cados seg)n distintosprocedimientos y otrospar!metros de evaluaci$n*como 19 %?ef( ?F

    >omo se ha indicado la demanda sobre la estructura corresponde a lascargas esperadas actuantes sobre el pavimento% Este par!metro se cuanti"cacomo Ejes Equivalentes &EE' de .,%--- lbs &,%2 ton' en el periodo de dise o%

    >omo se indic$ es una variable de gran importancia para eldimensionamiento de la estructura%

    En nuestro caso se consideran vías de bajo volumen* aquellas en que seesperen menos de 2 millones de EE en el periodo de dise o% 0dicionalmente*con la "nalidad de mejorar la precisi$n del procedimiento* el tr!"co ha sidosub5dividido en 3 categorías* como se indica en la abla A%

    Tabla : CLASIFICACION DE TRAFICO ENVIAS DE BAJO VOLUMENCLASIFICACION R$,$'i i-"$s #$ EE$"BAJO M$"-s #$

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    Estimaci$n de cargas en el periodo dise o(

    9ara la estimaci$n de las repeticiones de EE esperadas en el periodo dedise o &?EE' deben emplearse las siguientes variables(

    • Ejes equivalentes esperado en el primer a o &EEo'• 9eriodo de dise o en a os• aza de crecimiento interanual de tr!"co

    0 continuaci$n se presenta un procedimiento simpli"cado para estimar ?EEtomando en cuenta conceptos aplicables a vías de bajo volumen y cifras

    representativas de las distintas variables de tr!"co para +enezuela%El primer paso es la determinaci$n de EEo* o sea el n)mero de EE en el canalcrítico 5o de dise o5 durante el primer a o en servicio del pavimento% 9araello se emplea la siguiente ecuaci$n(

    EEo C 9B x Hcam x :> x 3I-Bonde(

    EEoC Ejes equivalente en el a o inicial9B C promedio diario de tr!"co en un sentido &canal dedise o'H cam( porcentaje de vehículos pesados #.--:>( :actor >ami$n &promedio de EE porcami$n'

    El valor del 9B y Hcam* puede obtenerse de estadísticas o proyecciones dedata existente* o mediante conteos de tr!"co% En vías para las que no se

    encuentre informaci$n* puede hacerse un conteo manual clasi"cado* el0nexo 0* incluye diversas metodologías para lograr estos datos%

    9or su parte el :> puede obtenerse de la tabla mostrada en el 0nexo 0* lacual ha sido preparada empleando como referencia trabajos adelantadospor el 9rof% Gustavo >orredor D% durante los )ltimos a os y que hoyconstituyen la informaci$n m!s con"able de tr!"co y cargas en lascarreteras nacionales%

    >onocido el valor de EEo* se puede estimar el n)mero de repeticiones &?EE'*esperadas en el periodo de dise o* mediante la ecuaci$n(

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    ?EE C EEo x :cr

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    Bonde(

    ?EE C ?epeticiones de carga esperados en el periodoEEoC Ejes equivalente en el a o inicial:cr( :actor de crecimiento o de acumulaci$n de tr!"co en funci$nde periodo de dise o de dise o &n' en a os y tasa de crecimiento&r'J este factor se obtiene de la abla < para valoresconsiderados apropiados en vías de bajo volumen%

    Tabla 2: FACTOR DE CRECIMIENTO DE TRAFICO (F &*

    Tasa #$ C&$ i5i$"'- A"%al ()*P$&i-#-

    3

    3 3.23 >. 1 >.>< 1on"abilidad estadística%7a con"abilidad estadística se re"ere a un factor de se'uridad que seincorpora en el dise o en funci$n del error de predicci$n de tr!"co ycomportamiento% Este factor o nivel de con"abilidad se incrementa a medidaque la informaci$n de dise o es menos precisa o que la vía sea de mayorimportancia* lo se traduce en una estructura m!s resistente y de mayorcosto% Bebe indicarse que la incorporaci$n de este factor en el proceso dedise o en relativamente compleja%

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    9ara vías menores se emplean niveles de con"abilidad bajos% En nuestro casose presentan 3 alternativas(

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    aquellas en las que se tenga buena informaci$n de dise o* especialmente

    de suelo de subrasante y tr!"co* y K- H para vías m!s importantes y#o deinformaci$n poco con"able* o para las que se considere adecuado incorporarmayor con"abilidad al dise o y#o aumentar la probabilidad de extender suvida )til%

    n todo caso es im#ortante resaltar *ue la obtenci+n " mane,o deinformaci+n con able es fundamental #ara me,orar la con an a en eldiseño% " en nin'.n caso es correcto usar informaci+n de ciente "

    #retender corre'irla mediante el uso de altos niveles de con abilidad/

    Lna vez de"nidas las variables de dise o indicadas* se determina el @)mero

    Estructural &1@' requerido para el pavimento* siguiendo el procedimiento quese indica mas adelante% El paso "nal del dise o5 consiste en de"nir losespesores de las distintas capas de la estructura* para ello debencaracterizarse los materiales disponibles y utilizables para el proyecto%

    1e presenta a continuaci$n una discusi$n de este aspecto%

    Estructura de 9avimento y materiales disponibles%

    El @)mero Estructural o 1@ es un indicador adimensional- de la estructurarequerida por un pavimento para ofrecer la calidad de servicio previstadurante el periodo de dise o establecido* seg)n las característicasespeci"cas del proyecto* o sea( tipo de subrasante* tr!"co* medioambiente* etc%

    Lna vez determinado el 1@* para la de"nici$n de los espesores 5de lasdistintas capas5 debe determinarse el coe"ciente estructural &a i' de losmateriales que se consideren disponibles en la obra% Este valor* a i* dependede la resistencia o propiedades mec!nicas de cada material% 7a abla Ipresenta valores típicos de los materiales de uso com)n en +enezuela talcomo son especi"cados en la norma >4+E@;@% 9or su parte la "gura Ailustra* para un pavimento cl!sico* conformado por capas asf!lticas ygranulares de base* el concepto de 1@ y la nomenclatura empleada paraespesores y coe"cientes de las capas%

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    Espesor >oe"cientede capa i estructuralde capa i

    >apa .0sf!ltica e . a . Estructura del pavimento(

    >apa 2Fase Granular

    1@ C e . xa . M e2xa 2e 2 a 2

    1ubrasante

    1ubrasante7a subrasante debe estar adecuadamente compactada y conformada%

    .

    :igura A( >oncepto de @)mero Estructural &1@'

    Tabla : Val-&$s &$f$&$" ial$s #$ -$fi i$"'$ $s'&% '%&al aiMa'$&ial C-$fi i$ R$@%isi'-s

    Ca,a1(&-#a5i$"'

    C-" &$'- asf6l'i - (CA*

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    PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

    9ara completar el dise o deben seguirse los siguientes pasos(

    Be"nir las variables de dise o requeridas(

    r!"co( @ivel de repeticiones de EE en el periodo de dise oestablecido* ?EE* que permite de"nir un nivel de tr!"co* abla A%

    7as soluciones de 1@ se presentan para cada categoría de tr!"co enlas tablas KJ , y 6%

    1eguidamente se determina de la tabla correspondiente seg)n elnivel de tr!"co5 el @)mero Estructural &1@' requerido por el pavimentoen funci$n de(

    .% >F?sat del suelo* abla .%2% >ondici$n de saturaci$n probable en meses* abla 2%

    3% @ivel de con"abilidad &?' seleccionado%El paso "nal consiste en la determinaci$n de los espesores de lasdistintas capas que conformar!n la estructura%

    Bebe observarse que el valor de 1@ determinado corresponde a laestructura requerida sobre la subrasante* o sea el @)mero Estructural

    otal &1@ '% En la determinaci$n de los espesores "nales de basegranular y capas asf!lticas debe tenerse en cuenta que la&s' capasasf!lticas deben tener un espesor mínimo con la "nalidad de lograr undise o balanceado* que no ponga en riesgo el comportamiento del

    pavimento* induciendo una falla prematura en las capas granulares%Este aspecto se discute mas adelante%

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    abla K( @LDE?4 E1 ?L> L?07 &1@' r!"co Fajo &hasta A--%--- EE'1LF?010@ E >4@:;0F;7;B0B H

    >F?sat&>lasi"caci$

    n'

    >ondici$n

    de1aturaci$n#hum

    L?07

    2&Duy9obre'

    1eca &2' 2%I.5 2%K.5 2%,.51emi5seca &A' 2%I

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    abla ,( @LDE?4 E1 ?L> L?07 &1@' r!"co Dedio & A--%--- a .%A--%--- EE'1LF?010@ E >4@:;0F;7;B0B H

    >F?sat&>lasi"caci$

    n'

    >ondici$n

    de1aturaci$n#hum

    L?07

    2&Duy9obre'

    1eca &2' 3%-A5 3%.A5 3%2I51emi5seca &A' 3%-,5 3%.65 3%3.51emi5h)meda &I' 3%.25 3%235 3%3I5

    )meda &,' 3%.K5 3%2,5 3%A.5Duy h)meda &.-' 3%225 3%3A5 3%AI5

    3&9obre'

    1eca &2' 2%KK5 2%,K5 2%6,51emi5seca &A' 2%,.5 2%6.5 3%-251emi5h)meda &I' 2%,

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    abla 6( @LDE?4 E1 ?L> L?07 &1@' r!"co 0lto & .%A--%--- a 2%---%--- EE'1LF?010@ E >4@:;0F;7;B0B H

    >F?sat&>lasi"caci$

    n'

    >ondici$n

    de1aturaci$n#hum

    L?07

    2&Duy9obre'

    1eca &2' 3%3A5 3%A

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    Be"nici$n de Espesores de capas(

    al como se muestra en la "gura 2* los espesores de capa &e i en pulgadasseg)n el procedimiento 001 4' multiplicados por sus correspondientescoe"cientes estructurales &a i' conforman el @)mero Estructural &1@ '% 7a

    abla I* muestra una lista de materiales com)nmente empleados en el paísy valores referenciales de sus coe"cientes estructurales%

    7a estructura del pavimento seleccionada debe cumplir con la siguienteecuaci$n(

    1@ N e. x a . M e2 x a 2Bonde(

    1@ C @)mero Estructural otal determinado de la tablacorrespondiente% e i C espesor de la capa OiP en pulgadas%a i C coe"ciente estructural del material de la capa OiP

    1in embargo* para el correcto dimensionamiento de la estructura debeemplearse el concepto de dise o balanceado que permite establecer unespesor mínimo de capa asf!ltica* con la "nalidad de proteger la capagranular subyacente% 7a abla .- incluye espesores mínimos sugeridos de>oncreto 0sf!ltico &>0 en cm' sobre distintos tipos de base granular* enfunci$n del tr!"co de la vía y valor >F? de la capa granular%

    Tabla 1

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    9ara determinar el espesor de la base granular puede emplearse la siguienteexpresi$n(

    e 2 C 2%0min ' #a 2R

    Bonde(e2 C espesor requerido de base granular &cm'1@ C @)mero Estructural otale>0min C espesor mínimo de >0* seleccionado de la abla .-&cm'% a2 C coe"ciente estructural del material granular* ablaI%

    En este punto es importante destacar que existen otros materialesasf!lticos* distintos al >oncreto 0sf!ltico &>0'* que pueden emplearsesatisfactoriamente para sustituir el espesor de >0 en forma parcial o total% Enestos casos deben hacerse los ajustes correspondientes de espesores* enfunci$n de los coe"cientes estructurales* con la "nalidad de no debilitar laestructura% 9ara tal "n puede emplearse la siguiente expresi$n(

    e ma C &emin>0 e>0 ' x &-%A-# ama 'Bonde(

    ema C espesor requerido de la mezcla seleccionada para sustituir >0&cm' emin>0 C espesor mínimo de >0* seleccionado de la tabla .-*en cm%e>0 C espesor de >0 a emplear en cm%ama C coe"ciente estructural de la mezcla seleccionada

    El 0nexo F* incluye un ejemplo ilustrativo del procedimiento empleandodistintos materiales y soluciones estructurales%

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  • 8/18/2019 DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS PARA VIAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁFICO.

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